Le génome des rétrovirus existe sous deux formes différentes : sous forme d'ARN simple brin, qui est traduit ou encapsidé, ou sous forme d'ADN double brin intégré dans le génome de la cellule hôte infectée. Cette dernière forme, l'ADN proviral, est indispensable à la production de tous les ARNm viraux nécessaires à la synthèse des protéines virales, qui en retour agissent sur la région promotrice située au niveau du LTR 5'. Cependant, l'ADN proviral possède un second LTR à son extrémité 3', capable de réguler une transcription antisens, orientée dans la direction opposée à celle contrôlée par le LTR 5'. L'ADN proviral a donc deux brins codants, ce qui offre au virus un plus grand potentiel de synthèse protéique. Dans le cas du Virus de l'immunodéficience Humaine de type 1 (VIH-1), la transcription antisens permet la production d'une protéine, appelée ASP (Antisense Protein). Dans ce manuscrit, nous démontrons que cette activité transcriptionnelle antisens s'exprime préférentiellement dans les cellules d'origine monocytaire, en particulier les cellules dendritiques ; une localisation membranaire de la protéine ASP a par ailleurs été mise en évidence dans ce type cellulaire. Nos résultats suggèrent également que la transcription antisens du VIH-1 est indépendante de la protéine Tat, et que par ailleurs les deux types de transcriptions ne sont pas exprimés simultanément au sein d'une même cellule. En outre, nos données soulignent que la séquence codante de la protéine ASP est très fortement conservée parmi les différents isolats viraux. Sur la base de l'ensemble de ces résultats, notre hypothèse est que la protéine ASP du VIH-1 possède des fonctions cruciales dans le cycle réplicatif des rétrovirus, indépendantes de la production virale. / Genome of retroviruses exists in two different forms: as single-stranded RNA that is translated or packaged, or as double-stranded DNA integrated into the genome of the infected host cell. The latter form, the proviral DNA, is essential for the production of all viral mRNAs required for the synthesis of viral proteins, which in turn act on the promoter region located at the 5 '-LTR. However, the proviral DNA has a second LTR at its 3 '-end, capable of regulating antisense transcription oriented in the opposite direction to that controlled by the 5'-LTR. The proviral DNA has then two coding strands, which gives the virus a greater potential for protein synthesis. In the case of the Human Immunodeficiency Virus type 1 (HIV-1), antisense transcription allows the production of a protein called ASP (Antisense Protein). In this manuscript, we demonstrate that this antisense transcriptional activity is preferentially expressed in cells of the monocyte lineage, in particular dendritic cells; a membrane localization of the ASP protein was also observed in this cell type. Our results also suggest that the antisense transcription of HIV-1 is Tat-independent, and what's more that the two types of transcription are not expressed simultaneously within the same cell. In addition, our data highlight that the ASP protein coding sequence is highly conserved among different viral isolates. Based on these results, our hypothesis is that the ASP protein of HIV-1 has critical functions in the replicative cycle of retroviruses, distinct from viral production.

L’intégrase (IN) du VIH-1 est une enzyme clé catalysant l’insertion de l’ADN proviral dans le génome cellulaire au sein d’un complexe nucléoprotéique d’intégration.Les nombreux efforts apportés à l’étude du mécanisme d’intégration ont permis d’accumuler de multiples données sur ce processus complexe. Cependant plusieurs questions essentielles demeurent sans réponses en particulier concernant l’architecture fonctionnelle des complexes d’intégration de VIH-1. En effet même si les complexes actifs pour l’intégration sont relativement bien définis leur chronologie précoce de formation demeure inconnue. De même les phases tardives de leur association au substrat naturel d’intégration que constitue la chromatine restent floues. Enfin le rôle des facteurs du complexe de préintégration (CPI) dans la régulation des ces mécanismes doit être déterminé.Mon travail de thèse s’est reposé sur trois axes s’articulant autour de ces questions:-Comment est régulée la dynamique des phases précoces d’attachement des oligomères d’intégrase sur les extrémités virales ?-Quel est l’impact de la structure de l’ADN cible et de la chromatine sur l’association active des complexes d’intégration ?-Quel(s) rôle(s) joue(nt) les facteurs du CPI dans ces phases ? / HIV-1 integrase (IN) is a key enzyme catalyzing the proviral DNA insertion into the cellular genome within a nucleoprotein integration complex.The numerous efforts made on the mechanism of integration have led to the accumulation of substantial data on this process. However many important questions are still open particularly on the functional architecture of the HIV-1 integration complexes. Indeed even if the active complexes involved in the catalysis of the integration are well described, the chronology of their early formation is still unknown. Moreover, the late association of these complexes with the host chromatin is also obscure. Finally the involvement of the IN cofactors inside the preintegration complex on these steps has to be elucidated.The project of my PhD relied on three axis articulated on these questions:-What is the dynamic of the IN oligomers association on the DNA viral ends?-What is the impact of the target DNA chromatin structure on the functional association of the integration complexes?-Involvement of the PIC factors on these steps?

Les tumeurs rhabdoïdes (TR) constituent un rare cancer indifférencié du jeune enfant et du nourrisson, avec un âge médian au diagnostic de 20 mois. Ces tumeurs sont caractérisées par une inactivation biallélique du gène suppresseur de tumeur SMARCB1, un des membres du complexe SWI/SNF, acteur majeur du remodelage de la chromatine, sans autre altération génomique récurrente. Le pronostic des TR est péjoratif, le taux de survie globale atteignant 30% dans la plupart des séries, malgré des approches thérapeutiques conventionnelles particulièrement agressives. Les approches d’immunothérapies ont obtenu un succès certain dans certains cancers de l’adulte, et récentes analyses de l’infiltrat immun des cancers pédiatriques ne montrent pas un fort taux de tumeurs infiltrées à l’exception de rare types de cancers dont les TR intracrâniennes. Nous avons donc procédé à une analyse multimodale de l’infiltrat immun de cohortes de patients ainsi que d’un modèle de TR murines établi dans notre laboratoire. Nous avons identifié une forte proportion de tumeurs infiltrées dans certains sous-groupes de TR. Cet infiltrat était composé à la fois de cellules myéloïdes incluant des populations au phénotype immunosuppresseur, et lymphocytaires T notamment de phénotype résident mémoire caractérisées par une forte expansion clonale probablement spécifique d’un antigène tumoral. Nous avons identifié des cibles thérapeutiques communes aux tumeurs humaines et au modèle murin syngénique, et trouvé que cibler l’infiltrat lymphocytaire T ou myéloïde était susceptible d’induire une réponse tumorale complète avec induction d’une mémoire immunitaire, confirmant le caractère immunogénique des TR, et apportant de nouvelles stratégies thérapeutiques utiles en clinique. Enfin, nous avons identifié que les TR étaient le site d’une réexpression de rétrovirus endogènes, dépendante de celle de SMARCB1, avec activation des voies de l’interféron, apportant une base à une immunogénicité des TR issue du génome non codant. / Rhabdoid tumors (RT) are highly undifferentiated cancers occurring in infancy and early childhood, with a median age at diagnosis about 20 months. These tumors are characterized by the biallelic inactivation of SMARCB1 tumor suppressor gene, core member of the SWI/SNF complex, one major chromatin remodeling actor, in an otherwise highly stable genome. The prognosis of RT is dismal with overall survival hardly reaching 30% in most series, despite particularly aggressive conventional treatment. Immunotherapy approaches has gained a striking success within some adult cancer types and recent analyses of immune cell content of pediatric cancers don’t reveal a high rate of infiltrated tumors, except in few tumor types such as intracranial rhabdoid tumors. Then, we conducted a comprehensive analysis of the immune context of both human RT cohorts and a mouse RT model, including at single cell level. We identified a high recurrence of infiltrated tumors, in a RT-subgroup related manner, composed of both myeloid cells including cells with immune suppressive phenotypes, and T cells with notably a tissue resident memory phenotype demonstrating a high clonal expansion highly suggestive of immunogenicity. We identified common targetable immune populations between human and mouse RTs, and found that targeting both T and myeloid infiltrating cells was able to induce complete anti-tumor response with induced memory, confirming the immunogenic properties of RTs, and identifying new therapeutic strategies of clinical relevance. We finally identified that RTs were the site of SMARCB1-dependent endogenous retroviruses reexpression, with subsequent activation of interferon signaling, likely triggering the immune response in the context of RT, and providing a basis of non-coding genome-driven immunogenicity for these tumors.

Les rétrovirus sont des virus à ARN, enveloppés présents dans de nombreuses espèces animales de rente, chez les animaux de compagnie et chez l’homme. Une des particularités des rétrovirus concerne l’intégration du génome viral au sein du génome de la cellule infectée; cette intégration est réalisée par une enzyme virale, l’intégrase. Le projet de cette thèse vise à mieux comprendre le fonctionnement de cette enzyme notamment en identifiant des facteurs cellulaires interagissant avec celle-ci, facteurs qui pourraient être des agents favorisant le processus intégratif ou, au contraire, des agents restrictifs. Les intégrases de deux modèles de rétrovirus ont été utilisées dans cette étude : L’intégrase de RAV1, un rétrovirus exogène aviaire du genre des alpharétrovirus appartenant au sous-groupe A de la famille des ASLV. Cette enzyme virale est largement étudiée soit au niveau structural ou fonctionnel, mais les données concernant ses partenaires cellulaires sont rares et insuffisantes. La seconde intégrase est celle du PERV A/C, un rétrovirus endogène porcin du genre gammarétrovirus. Aucune information sur cette enzyme n’a été décrite jusqu’à présent. Ces deux enzymes, en fusion avec une étiquette 6xHistidine, ont été donc produites en bactérie, et en cellules d’insecte puis purifiées sur colonne d’affinité en FPLC. Leurs activités catalytiques ont été testées in vitro. Ces tests permettent de valoriser la capacité de l’intégrase à exercer principalement les 2 fonctions dont elle est responsable in vivo, le clivage en 3’ et le transfert de brins, et une activité qu’elle exerce exclusivement in vitro, la désintégration. Les protéines pures et actives ont ensuite servies à la vérification de leur interaction avec une protéine cellulaire, Brd2. La technique ‘Far western blot’ a ainsi permis de valider l’interaction entre l’intégrase de PERV et la protéine cellulaire, puis d’identifier les domaines de l’intégrase et de Brd2 impliqués dans cette interaction. A terme, l’identification de ce facteur cellulaire et la validation de son rôle dans le processus intégratif permettront de mieux comprendre ce processus particulier développé par les rétrovirus et pourront conduire au développement d’inhibiteurs dirigés contre cette interaction / A critical step for retroviral replication is the stable integration of the provirus genome into the genome of its host; this integration is realized by a viral enzyme, the integrase. The aim of this work was to better understand the functioning of the integrase, particularly, by identifying host factors that might interact with it, and which could be factors favoring the integration process or, restrictive factors. Therefore, we used two models of retroviral integrases: The integrase of RAV1, an alpharetrovirus belonging to the subgroup A of the family of ALSV. Although this viral enzyme is widely studied, still not enough data are available about its cellular cofactors. The second enzyme studied here is the integrase of PERV, a gammaretrovirus. No studies of either PERV integrase activities in vitro or of proteins interacting with this viral enzyme have been available until now. In the present study, we have expressed the PERV and ALSV integrases as fusion proteins with a 6xHistidine Tag in both Escherichia coli and insect SF9 cells. After that, we analysed their ability to mediate catalytic activities (3’-end processing, strand transfer and disintegration) in vitro. We also investigated the interaction of these two viral enzymes with the cellular protein Brd2, using the Far western blot method. Our results validate Brd2 as a cofactor of PERV integrase and point to the important role of particular domains of the PERV integrase and Brd2 in mediating the interaction. Finally, this study contibute to a better understanding of the precise interaction between cellular proteins and integrase, and may lead in the future to the development of protein-protein interaction inhibitors

Depuis sa découverte il y a plus de 30 ans, le Virus de l’Immunodéficience Humaine est à l’origine d’une importante mortalité dans le monde. De par la difficulté de tester l’efficacité de formulations thérapeutiques et/ou vaccinales directement chez l’homme, des études d’infections modèles du VIH, comme celle du Virus de l’Immunodéficience Féline (FIV), ont été entreprises ces dernières années. Au-delà de son intérêt vétérinaire, l’étude du FIV représente un avantage important pour trouver un moyen de contrôler les infections par les lentivirus tel que le VIH. Elle peut permettre de développer et surtout de tester l’efficacité des vaccins et/ou thérapies spécifiques chez le chat, dont le SIDA mime les symptômes et les modifications hématologiques rencontrés chez l’homme. Ce manuscrit s’est intéressé à l’étude structurale de deux familles de protéines virales de ces virus, les protéines lentivirales précoces (protéine Tat du VIH) et tardives (domaines Capside CA et Matrice MA de Gag du FIV). L’étude structurale de ces protéines et leur compréhension fonctionnelle au sein de l’hôte pourront à l’avenir ouvrir de nouvelles voies thérapeutiques et/ou vaccinales contre les lentivirus, palliant ainsi les problèmes existants de résistances virales / Since its discovery 30 years ago, the Human Immunodeficiency Virus is the cause of an important mortality worldwide. Because of the difficulty to test the efficiency of therapeutical and/or vaccinal formulations directly in humans, studies of models of HIV infections, such as the Feline Immunodeficiency Virus (FIV), have been performed in recent years. In addition to its veterinary interest, the study of FIV is an important issue to find a way to control infections by lentiviruses such as HIV. It can help to develop and test the efficiency of specific therapies and/or vaccines for cats, where AIDS mimics the symptoms and hematologic changes observed in humans. This manuscript describes the structural study of two types of viral proteins of these viruses, early lentiviral proteins (HIV Tat protein) and late lentiviral proteins (CA capsid and MA Matrix domains of FIV Gag). The structural study of these proteins and their functional understanding into the host will open new therapeutic and/or vaccine strategies against these lentiviruses in the future, in order to overcome the existing problems of viral resistance

Suite à une agression inflammatoire, telle que le choc septique, des brulures graves ou un traumatisme sévère, le système immunitaire répond par une modulation massive du transcriptome dans le sang. On propose d’explorer un autre répertoire que l’expression des gènes et de s’intéresser aux éléments répétés du génome, peu étudiés dans ces contextes, et plus particulièrement aux rétrovirus endogènes humains (HERV). Ils représentent plus de 8% du génome chez l’Homme. Certains sont exprimés dans des situations similaires à l’agression inflammatoire (cancer, maladies auto-immunes) et ont un impact sur la réponse immunitaire.Dans ce travail, nous cherchons à décrire et comprendre la contribution des HERV, au sein de la réponse immunitaire de l’hôte à l’agression inflammatoire. Pour cela, nous avons développé des méthodes et outils spécifiquement dédiés à la description du HERVome, au niveau génomique et transcriptomique. Nous montrons que les HERV sont exprimés dans le sang, modulés chez les patients, et que certains pourraient jouer un rôle sur l’expression de gènes de la réponse immunitaire situés à proximité. Nous évaluons également le polymorphisme de présence des HERV dans le génome de plus de deux mille individus répartis dans les populations humaines. On met en évidence que le polymorphisme HERV est globalement important, qu’il est lié à la population d’appartenance et que certains loci sont absents dans la majorité des génomes étudiés. Finalement, par différentes approches, nous identifions des associations entre gènes de la réponse immunitaire et HERV, suggérant que ces éléments peuvent jouer un rôle important dans la réponse de l’hôte à l’agression inflammatoire / Following inflammatory injury, like a septic shock, severe burn or important trauma, the immune system responds by a massive modulation of its transcriptome in the blood. We propose to explore another repertoire than gene expression and to focus on repeated elements, especially on HERVs. They represent more than 8% of the human genome. HERVs are expressed in similar settings (cancer or auto-immune diseases) and impact immune response. In this project, we describe and aim to better understand the HERV contribution in host immune response, following inflammatory aggression. To bring elements of response, we developed specifically dedicated tools to describe the HERVome, either at genomic or transcriptomic level. We show HERVs are expressed in blood in these settings, modulated in patients and could play a role on nearby gene expression. We also evaluate the polymorphism of presence of HERV loci on more than two thousands individuals, grouped into human populations. We show an important HERV polymorphism, that it is population-specific, and that some loci are absent in the majority of the analyzed genomes.Finally, with different approaches, we identify associations between immune-response genes and HERVs, suggesting these elements can play a role in host immune response following inflammatory aggressions

Les virus sont des parasites biologiques de taille nanométrique. Détournant la machinerie cellulaire de la cellule infectée, ils mettent en place une stratégie de réplication permettant la production de nouveaux virus. Un virus est constitué d’une capside protéique protégeant le génome viral, long polymère d’ADN ou ARN, et possède dans certains cas une enveloppe lipidique. Des travaux récents suggèrent que les propriétés physiques des virus sont importantes pour comprendre certaines étapes du cycle viral. Dans le but de relier le comportement biologique des virus à leurs propriétés physiques, nous avons utilisé une approche combinant l’imagerie AFM et des mesures mécaniques à l’échelle nanométrique, en lien avec la modélisation physique des capsides virales. Nous avons développé des outils d’analyse automatisée des images et courbes de forces obtenues pour quantifier les propriétés physiques de capsides virales et l’effet du microenvironnement. Nous avons étudié deux virus très différents : le rétrovirus VIH-1, responsable du SIDA et le vecteur AAV, utilisé en thérapie génique. Ce travail a permis la caractérisation des propriétés morphologiques et mécaniques de pseudo-particules virales et de cores du VIH-1, à l’échelle du virus unique et sur des populations de centaines de virus. En nous intéressant à l’effet de la nature de l’ARN encapsidé dans les particules virales in cellulo, nous avons montré un rôle structurant pour l’ARN viral du VIH-1 et en particulier son signal d’encapsidation psi. Enfin, nous avons initié l’étude de l’effet de la retro-transcription (conversion du génome viral ARN en ADN) au sein du core VIH-1 sur la stabilité de celui-ci. L’étude du parvovirus AAV existant sous forme de plusieurs variants naturels (sérotypes) nous a permis de comparer les propriétés physiques des capsides à l’équilibre thermodynamique et hors d’équilibre. En faisant varier le microenvironnement (température et pH), nous avons sondé son influence sur la stabilité des capsides AAV. Nous avons pu montrer en particulier que la capside AAV8 est plus rigide que AAV9 alors que sa stabilité thermique est réduite, en relation avec des propriétés biologiques différentes pour ces deux sérotypes. En outre, la rigidité des capsides AAV8 diminue dans un environnement acide imitant l’endosome tardif, et ceci se traduit par une plus grande stabilité thermique. Enfin, nous avons quantifié l’effet de la longueur et de la nature du génome sur la stabilité des capsides AAV. / Viruses are nanometer size biological parasite, which highjack the cellular machinery of the infected cells to replicate and thereby produce new viruses. A virus consists of a protein capsid, protecting the viral genome, a long polymer of DNA or RNA, and in some cases is surrounded by a lipid envelope. Recent work suggests that the physical properties of viruses are important in order to understand the viral cycle. In order to link the biological behavior of the virus to their physical properties, we used an approach combining AFM imaging and mechanical measurements at the nanometer scale, in connection with the physical modeling of viral capsids. We have developed automated image and force curves analysis tools to quantify the physical properties of viral capsids and the effect of the microenvironment. We have focused on two very different viruses: the HIV-1 retrovirus, responsible for AIDS and the AAV vector used in gene therapy. This work has led to the characterization of the morphological and mechanical properties of virus-like particles and cores of HIV-1 at the single virus level and on populations of hundreds of viruses. Focusing on the effect of the nature of the RNA encapsidated inside the viral particles in cellulo, we have highlighted the structural control of the viral RNA, and more precisely the psi packaging signal, on both HIV-1 VLPs and cores. Finally, we have initiated the study of the effect of reverse transcription (conversion of viral genomic RNA into DNA) within the cores HIV-1 on its stability. The study of parvovirus AAV existing form of several natural variants (serotypes) allowed us to compare the capsid physical properties at thermodynamic equilibrium and out of equilibrium. By varying the microenvironment (temperature and pH), we probed its influence on the stability of the AAV capsid. We have shown in particular that the AAV8 virus is stiffer than AAV9 while thermal stability is reduced, in relation to different biological properties for these two serotypes. In addition, the rigidity of AAV8 capsids decreases in an acidic environment mimicking the late endosome transport, and this results in a higher thermal stability. Finally, we quantified the effect of the length and nature of the confined genome on the thermal stability of AAV capsids.